Servomotorer og robotter transformerer additive applikationer. Lær de nyeste tips og applikationer, når du implementerer robotautomation og avanceret bevægelseskontrol til additiv og subtraktiv fremstilling, samt hvad der er det næste: tænk hybride additive/subtraktive metoder.
FREMSKRIDT AUTOMATISERING
Af Sarah Mellish og RoseMary Burns
Indførelsen af enheder til strømkonvertering, bevægelsesstyringsteknologi, ekstremt fleksible robotter og en eklektisk blanding af andre avancerede teknologier er drivende faktorer for den hurtige vækst af nye fremstillingsprocesser på tværs af det industrielle landskab. Additiv og subtraktiv fremstilling er to gode eksempler, der har revolutioneret den måde, prototyper, dele og produkter fremstilles på, og har givet den effektivitet og de omkostningsbesparelser, som fabrikanter søger for at forblive konkurrencedygtige.
Additiv fremstilling (AM), også kendt som 3D-printning, er en utraditionel metode, der normalt bruger digitale designdata til at skabe solide tredimensionelle objekter ved at smelte materialer lag for lag sammen nedefra og op. AM fremstiller ofte dele i næsten net-form (NNS) uden spild, og brugen af AM til både basale og komplekse produktdesigns fortsætter med at gennemsyre industrier som bilindustrien, luftfart, energi, medicin, transport og forbrugerprodukter. Tværtimod indebærer den subtraktive proces at fjerne sektioner fra en materialeblok ved hjælp af højpræcisionsskæring eller -bearbejdning for at skabe et 3D-produkt.
Trods centrale forskelle udelukker de additive og subtraktive processer ikke altid hinanden – da de kan bruges til at supplere forskellige stadier af produktudviklingen. En tidlig konceptmodel eller prototype skabes ofte ved hjælp af den additive proces. Når produktet er færdigt, kan der være behov for større partier, hvilket åbner døren for subtraktiv fremstilling. For nylig, hvor tid er afgørende, anvendes hybride additive/subtraktive metoder til ting som reparation af beskadigede/slidte dele eller fremstilling af kvalitetsdele med kortere leveringstid.
AUTOMATISER VIDEREMELDING
For at imødekomme strenge kundekrav integrerer producenter en række trådmaterialer som rustfrit stål, nikkel, kobolt, krom, titanium, aluminium og andre forskellige metaller i deres delkonstruktion, startende med et blødt, men stærkt substrat og afsluttende med en hård, slidstærk komponent. Dette har delvist afsløret behovet for højtydende løsninger for større produktivitet og kvalitet i både additive og subtraktive produktionsmiljøer, især hvor det drejer sig om processer som additiv fremstilling af trådbuer (WAAM), WAAM-subtraktiv, laserbeklædning-subtraktiv eller dekoration. Højdepunkter inkluderer:
- Avanceret servoteknologi:For bedre at kunne imødekomme time-to-market-mål og kundernes designspecifikationer, hvad angår dimensionel præcision og finishkvalitet, vender slutbrugerne sig mod avancerede 3D-printere med servosystemer (i stedet for steppermotorer) for optimal bevægelseskontrol. Fordelene ved servomotorer, såsom Yaskawas Sigma-7, vender den additive proces på hovedet og hjælper fabrikanter med at overvinde almindelige problemer via printerforstærkende funktioner:
- Vibrationsdæmpning: Robuste servomotorer kan prale af vibrationsdæmpningsfiltre samt antiresonans- og hakfiltre, hvilket giver en ekstremt jævn bevægelse, der kan eliminere de visuelt ubehagelige trinvise linjer forårsaget af steppermotorens momentrippel.
- Hastighedsforbedring: En printhastighed på 350 mm/sek. er nu en realitet, hvilket mere end fordobler den gennemsnitlige printhastighed for en 3D-printer ved hjælp af en steppermotor. Tilsvarende kan en bevægelseshastighed på op til 1.500 mm/sek. opnås ved hjælp af roterende hastighed eller op til 5 meter/sek. ved hjælp af lineær servoteknologi. Den ekstremt hurtige accelerationskapacitet, der leveres af højtydende servoer, gør det muligt at flytte 3D-printhoveder hurtigere til deres korrekte positioner. Dette bidrager i høj grad til at mindske behovet for at bremse et helt system for at nå den ønskede finishkvalitet. Efterfølgende betyder denne opgradering af bevægelsesstyring også, at slutbrugere kan fremstille flere dele i timen uden at gå på kompromis med kvaliteten.
- Automatisk tuning: Servosystemer kan uafhængigt udføre deres egen brugerdefinerede tuning, hvilket gør det muligt at tilpasse sig ændringer i en printers mekanik eller variationer i en udskrivningsproces. 3D-steppermotorer bruger ikke positionsfeedback, hvilket gør det næsten umuligt at kompensere for ændringer i processer eller uoverensstemmelser i mekanikken.
- Encoder-feedback: Robuste servosystemer, der tilbyder absolut encoder-feedback, behøver kun at udføre en hjemsøgningsrutine én gang, hvilket resulterer i større oppetid og omkostningsbesparelser. 3D-printere, der bruger steppermotorteknologi, mangler denne funktion og skal hjemsættes, hver gang de tændes.
- Feedbackregistrering: En ekstruder i en 3D-printer kan ofte være en flaskehals i printprocessen, og en steppermotor har ikke den feedbackregistrerende evne til at registrere en ekstruderblokering – et underskud, der kan føre til ødelæggelse af et helt printjob. Med dette i tankerne kan servosystemer registrere ekstruderbackups og forhindre filamentstrimling. Nøglen til overlegen printydelse er at have et lukket-loop-system centreret omkring en optisk encoder med høj opløsning. Servomotorer med en 24-bit absolut højopløsningsencoder kan give 16.777.216 bits lukket-loop feedbackopløsning for større akse- og ekstrudernøjagtighed samt synkronisering og beskyttelse mod blokering.
- Højtydende robotter:Ligesom robuste servomotorer transformerer additive applikationer, gør robotter det også. Deres fremragende baneydelse, stive mekaniske struktur og høje støvbeskyttelsesklassificering (IP) - kombineret med avanceret antivibrationskontrol og multiaksefunktion - gør meget fleksible seksaksede robotter til en ideel mulighed for de krævende processer, der omgiver brugen af 3D-printere, samt nøglefunktioner til subtraktiv fremstilling og hybride additive/subtraktive metoder.
Robotautomatisering, der supplerer 3D-printmaskiner, omfatter i vid udstrækning håndtering af printede dele i installationer med flere maskiner. Fra aflæsning af individuelle dele fra printmaskinen til adskillelse af dele efter en printcyklus med flere dele optimerer yderst fleksible og effektive robotter driften for større gennemløb og produktivitetsgevinster.
Med traditionel 3D-printning er robotter nyttige til pulverhåndtering, genopfyldning af printerpulver efter behov og fjernelse af pulver fra færdige dele. På samme måde kan andre efterbehandlingsopgaver, der er populære inden for metalfremstilling, såsom slibning, polering, afgratning eller skæring, nemt udføres. Kvalitetsinspektion samt emballage- og logistikbehov bliver også opfyldt direkte med robotteknologi, hvilket frigør fabrikanter til at fokusere deres tid på arbejde med højere værditilvækst, såsom specialfremstilling.
Til større emner bliver industrirobotter med lang rækkevidde udrustet til direkte at bevæge et 3D-printerekstruderingshoved. Dette, i forbindelse med perifere værktøjer som roterende baser, positioneringsenheder, lineære spor, gantries og mere, giver det nødvendige arbejdsområde til at skabe rumlige friformsstrukturer. Udover klassisk rapid prototyping bruges robotter til fremstilling af store friformsdele, støbeformer, 3D-formede gitterkonstruktioner og hybriddele i stort format. - Fleraksede maskinstyringer:Innovativ teknologi til at forbinde op til 62 bevægelsesakser i et enkelt miljø muliggør nu multisynkronisering af en bred vifte af industrirobotter, servosystemer og frekvensomformere, der anvendes i additive, subtraktive og hybride processer. En hel familie af enheder kan nu arbejde problemfrit sammen under fuld kontrol og overvågning af en PLC (Programmable Logic Controller) eller IEC-maskinstyring, såsom MP3300iec. Professionelle platforme som denne, der ofte programmeres med en dynamisk 61131 IEC-softwarepakke, såsom MotionWorks IEC, bruger velkendte værktøjer (f.eks. RepRap G-koder, funktionsblokdiagram, struktureret tekst, stigediagram osv.). For at lette integrationen og optimere maskinens oppetid er færdige værktøjer som lejekompensation, ekstrudertrykfremføringskontrol, multispindel- og ekstruderstyring inkluderet.
- Avancerede brugergrænseflader til produktion:Diverse softwarepakker er yderst gavnlige for applikationer inden for 3D-printning, formskæring, værktøjsmaskiner og robotteknologi og kan hurtigt levere en brugervenlig grafisk maskingrænseflade, der giver mulighed for større alsidighed. Intuitive platforme som Yaskawa Compass er designet med kreativitet og optimering i tankerne og giver producenter mulighed for nemt at brande og tilpasse skærme. Fra at inkludere kernemaskinattributter til at imødekomme kundernes behov kræves der kun minimal programmering – da disse værktøjer tilbyder et omfattende bibliotek af præbyggede C# plugins eller muliggør import af brugerdefinerede plugins.
HÆV DIG OVER
Selvom de enkelte additive og subtraktive processer fortsat er populære, vil der ske et større skift mod den hybride additive/subtraktive metode i løbet af de næste par år. Forventes at vokse med en sammensat årlig vækstrate (CAGR) på 14,8 procent inden 2027.1, markedet for hybride additive fremstillingsmaskiner er klar til at imødekomme stigningen i de udviklende kundekrav. For at hæve sig over konkurrenterne bør producenterne afveje fordele og ulemper ved hybridmetoden for deres drift. Med muligheden for at producere dele efter behov, hvilket resulterer i en betydelig reduktion af CO2-aftrykket, tilbyder den hybride additive/subtraktive proces nogle attraktive fordele. Uanset hvad bør de avancerede teknologier til disse processer ikke overses og bør implementeres i fabrikshallerne for at fremme større produktivitet og produktkvalitet.
Opslagstidspunkt: 13. august 2021
